Датчик влажности

 

(19)RU(11)1071100(13)C(51)  МПК ⁶    _{G01N27/22, H01L29/41}Статус: по данным на 27.12.2012 - прекратил действиеПошлина:

(54) ДАТЧИК ВЛАЖНОСТИ

Изобретение относится к физике полупроводников и полупроводниковых приборов, а точнее к физике поверхности полупроводников. Изобретение наиболее эффективно может быть использовано для определения влажности воздуха, для нахождения парциального давления паров воды в среде, в медицине для определения влаговыделения с участков тела, частоты и влажности дыхания человека. Известно техническое решение, в котором для определения содержания в воздухе водорода используется контакт палладия с окисным полупроводником окисью цинка (ZnO). В этом случае с увеличением концентрации водорода в окружающей среде уменьшается высота барьера палладий окись цинка со скоростью 10^-4 эВ/ppmH₂, и соответственно увеличивается ток через диод Шоттки в обратном направлении. С повышением температуры чувствительность контактов к содержанию водорода увеличивается. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является датчик влажности, содержащий чувствительный элемент, выполненный из слоя оксидного полупроводника с двумя контактами на противоположных поверхностях, один из которых омический. Известный датчик содержит оксидную полупроводниковую композицию, мол. ZnO 89,9-20; Cr₂O₃ 0,1-20 и как минимум одного из окислов (MgO, CaO, MnO и т.д.) 10-60.При изменении парциального давления паров воды сопротивление таблеток из этой композиции уменьшается и при соответствующей градуировке его можно использовать как датчик влажности. Недостатком известного датчика является его слабая чувствительность, так как основную роль здесь играет поверхностная проводимость композиции. Другим существенным недостатком является то, что с повышением температуры окружающей среды чувствительность к влажности датчика уменьшается. Цель изобретения увеличение чувствительности датчика. Цель достигается тем, что в датчике влажности, содержащем чувствительный элемент, выполненный из слоя оксидного полупроводника с двумя контактами на противоположных поверхностях, один из которых омический, второй контакт с барьером Шоттки, площадью изменяющейся в диапазоне (0,1-1)˙10^-4 см², сформирован на оксидном полупроводнике из окиси цинка. На фиг. 1 представлена структура датчика влажности; на фиг. 2 зависимость относительной плотности тока через структуру от величины площади контакта с барьером Шоттки j/j_o f(s), где j_o плотность тока в сухой атмосфере. Датчик влажности состоит из слоя 1 окиси цинка, диэлектрической подложки 2, контакта 3 с барьером Шоттки, омического контакта 4, защитной сетки 5, корпуса датчика 6. Пленку ZnO толщиной 10-20 мкм с концентрацией носителей заряда 10¹⁶-10¹⁷ см^-3 получают методом химических транспортных реакций на диэлектрической подложке 2 (Al₂O₃), поликор, ситал, стекло и др.). Для формирования поверхностного барьера проводят отжиг пленки ZnO на воздухе при 600^оС в течение 15-20 мин. Барьер Шоттки создается напылением контакта металла 3 на поверхность ZnO. В качестве омического контакта к ZnO используется сплав Jn-Ni, который наносится в виде полоски шириной 1,5-2 мм. Структура и защищающая ее от механических воздействий сетка 5 крепятся к корпусу датчика 6. К датчику влажности подключаются источник постоянного напряжения (положительным полюсом к Ме) и прибор для регистрации тока. При этом через структуру Me-ZnO протекает прямой ток определенной величины. При изменении влажности окружающей среды изменяется число ионов ОН-, осажденных на барьере Шоттки, соответственно изменяются высота барьера, дифференциальное сопротивление и ток через структуру. По изменению тока оценивается содержание влаги в атмосфере, т.е. при соответствующей градуировке прибор работает как датчик влажности. Зависимость j/j_o f(S) снималась при постоянном смещении V 3 B, температуре подложки (35+1)^оС и влажности среды 90% На основании полученной зависимости можно сделать вывод, что для достижения хорошей чувствительности датчика площадь контакта должна быть равной (0,1-1) x x10^-4 см². Вне этого интервала площадей сигнал датчика существенно меньше: если при S 0,85˙10^-4 см² плотность прямого тока равна j 13 j_o, то при S 1,65˙10^-4 см² j 1,5 j_o, а при площади контакта S 2˙10^-4 см² датчик практически не реагирует на влажность (j j_o). При очень малой площади контакта (S ≅0,05˙10^-4 см²) чувствительность барьера к парам воды также исчезает. Это, вероятно, связано с увеличением локальной неоднородности поля и ростом напряженности его до величины, при которой носители тунеллируют сквозь барьер, при этом свойство контакта реагировать на пары воды не проявляется. Данный датчик влажности прост в изготовлении, достаточно чувствителен и удобен для использования. С повышением температуры среды инерционность датчика влажности уменьшается, а чувствительность увеличивается.

Формула изобретения

ДАТЧИК ВЛАЖНОСТИ, содержащий чувствительный элемент, выполненный из слоя оксидного полупроводника с двумя контактами на противоположных поверхностях, один из которых омический, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности датчика, второй контакт с барьером Шоттки, площадью, изменяющейся в диапазоне (0,1 1) · 10^-4 см², сформирован на оксидном полупроводнике из окиси цинка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 29-2002

Извещение опубликовано: 20.10.2002        

---